拧紧技术

拧紧技术（精选9篇）

拧紧技术 篇1

引言

螺纹联接是发动机装配中广泛采用的一种方法,70%的发动机联接为螺纹联接[1],可以说,螺纹联接的拧紧状态对发动机装配质量起着至关重要的作用。国外对螺纹拧紧技术的研究起步较早,理论技术日趋成熟。而国内对螺纹拧紧技术的研究仍处于起步阶段,自动拧紧装配线生产技术还不太成熟,一线的汽车和发动机制造商大部分采用进口自动拧紧机,如阿特拉斯(ATLAS)、博世(BOSCH)、英格索兰(INGSOLAND)拧紧机,但是进口的自动拧紧机价格非常昂贵[2]。

近年来,随着国内汽车行业的快速增长,国内装配制造业也得到了迅猛发展,面向发动机装配业的自动拧紧装配线更是备受关注。目前,通过与国外公司进行广泛的交流与技术合作,国内许多公司已掌握了国际先进的拧紧设备制造关键技术。这些新技术、新理念得到应用后,在发动机装配领域可为用户提供一批技术先进、性能可靠的产品,并为用户节省了大量投资。

1、自动拧紧装配线的技术组成

自动拧紧装配线是由自动、半自动工艺设备、手动工装工具、物流输送、信息管理等组成的综合系统。设备技术种类复杂,机械、气动、电气、信息接口多,是一个技术含量较大的多学科综合的系统工程。

自动拧紧装配线主要包括装配、检测、物流三个部分。其中装配部分的主要技术有自动拧紧技术、柔性装配技术,这些技术的应用直接影响到发动机和变速箱的装配精度。发动机在装配过程中难免出现质量问题,因此对装配过程的监测和半成品、成品的检测必不可少,主要技术有装配的防错、纠错技术、泄露检测技术。物流输送技术、代码打印及识别技术是物流输送中的主要技术,可以在运送零件的同时对零件进行识别追踪[3]。

2、自动拧紧装配线的制造目标

为了适应市场的需求,满足客户对高质量自动拧紧装配线的需求,现代化的自动拧紧装配线的制造目标包括质量控制设计到过程的每一个步骤中,设备能保证其应有的能力和功能,每一个工位的操作都具有唯一性(保证装配时不会产生任何错误),生产线自动化、智能化、数字化,在装配工艺过程中能及时发现质量缺陷,下线质量稳定并可预测,最终给客户提供近乎零缺陷的产品。装配线制造商的首要任务是实现这些制造目标。

3、自动拧紧装配线的关键技术

3.1 自动拧紧技术

生产中所使用传统的拧紧工具是气动扳手,工作效率较高,但对拧紧精度控制比较差,受气压的影响也比较大,不易保证装配质量。在拧紧技术日新月异的今天,各种电动伺服控制工具在装配中广泛应用,高精度的传感器可以使拧紧精度达到±3%以内;根据拧紧特点选择不同的拧紧方式,可以获得高精度、稳定的拧紧质量[4]。

自动拧紧机在保证高精度的同时,也具备小巧和高速的特性,控制系统可实现模块化,抗干扰能力强。一般控制编程软件简单易懂,编程灵活。当拧紧出现错误或故障时,系统会发出报警信息并记录自诊断结果,方便了问题的分析和维修处理。对手持式电动扳手可以通过快换套筒来对应多个螺栓,同时通过套筒的自动识别或夹持臂位置等自动实现程序切换,满足一个工位多个螺栓、不同力矩的要求[4],如图1所示。

自动拧紧机的工作原理为通过拧紧电机作为动力源,经多级减速器减速后而获得足够的拧紧扭矩。在电机的输出端装有扭矩传感器,通过扭矩传感器连续检测拧紧扭矩的连续变化,为拧紧控制提供控制参数。在二级齿轮传动机构的输入端装有转角传感器,它主要用于测量螺栓的伸长量从而完成整个拧紧过程[5]。

3.2 柔性化装配技术

市场竞争是市场经济体制的主要特点,各汽车生产厂家尽量扩大产品品种并力求不断推出新品种以满足用户对汽车产品的各种需求。然而,生产新产品的加工与装配装备所需的资金和制造周期往往已成了制造厂家的一个难题。因此,近年来国内外有些厂家致力于发展柔性技术,因其带来的时间优势和成本优势,能快速将具有价格竞争力的优质产品带到市场上。在装配线方面,也逐步采用柔性装配线替代过去单一品种装配线。为实现自动拧紧装配线的柔性化装配,需要应用主动识别技术和夹具切换技术。

a.主动识别技术工件被输送到装配线的工件识别工位,工件通过齿轮举升装置的提升脱离滚道输送机,通过杆柱进行提升和定位,杆柱可以插入工件的孔内。通过扫描工件上凸起的5个销杆,完成工件类型的识别。工件类型确定以后,通过计算机信息系统显示,根据工件类型切换相应的夹具,从而实现柔性化装配。

b.柔性夹具技术为了实现柔性化装配,预先设计制造一批夹具标准件,对于不同类型的工件,切换对应的夹具或者改变夹具的位置,从而形成满足需要的组合夹具。一般情况下,夹具标准件包括基础件、定位件、紧固件和附件,如V型块、压板、方铁及带有T形槽和孔系的铸铁座等[6]。这种柔性夹具可大大缩短生产准备周期,较好地满足快速变化的市场需求。

3.3 快速输送技术

在产品的输送方面如果无法实现精确定位,就无法装配生产线的自动化。采用托盘进行输送能实现快速输送与定位,如图2所示。为适应定位基准的变化,采用同一托盘底座更换上面的定位和夹紧元件,实现产品的快速输送和定位。同时为实现产品零部件的快速无故障运输,在托盘上设置超声波装置、敏感保险杠等安全装置,保证合理有序的安排装配过程,达到提高生产效率的目的。

3.4 防错技术

防错技术是一种在工艺过程中识别和消除人工和自动操作错误的方法,可以通过限位开关、视觉系统、条形码系统、智能料架、光电传感器、机械防错等多种方式来实现。防错的种类主要有防漏拧紧、拧紧顺序防错、防零件漏装、防漏操作、防止零件装错、托盘姿态防错、托盘与工件的匹配防错等。装配线的防错水平是装配线档次的重要指标之一[6]。

3.5 信息管理技术

将基于信息技术的管理控制系统应用于自动拧紧装配线,完成对关键工序的实时质量监控和数据跟踪采集,能显著提高装配效率和装配质量、降低生产成本。此外,为满足产品的主要部件的可追溯性,可在系统中配置零部件追溯系统,保证自动拧紧装配线的控制系统的正常运行。

4、结束语

目前,柔性化、网络化、数字化是自动化装配线的一个发展方向[7]。装配机器人在整个装配线中所占的比例日趋提高,装配线的柔性混装能力已经成为评价装配线性能的重要指标[8]。网络化技术可以对装配过程中的数据进行实时采集和分析,在出现质量问题时,提醒管理部门采取措施,对产品的质量提供了有效的保障。数字化是柔性装配中必不可少的技术,是实现不同型号产品混装的基础。数字化装配采用信息识别系统,对零件进行追踪识别,并通过网络发送零件的装配信息。

现在汽车生产企业的规模不断扩大,生产节拍也不断提高,对自动拧紧装配线的核心技术进行研究,在技术上有所创新,装配中选用控制功能强大、精度高的电动拧紧工具或设备,并制定合理的拧紧工艺和科学的管理方法,才能确保稳定的装配质量,生产出品质一流的产品,降低用户设备的投资,改善和提升我国发动机制造水平,并对带动相关产业的发展有着重要意义。随着国内汽车行业的进步,相信国内的装配技术会取得更大的发展。

参考文献

[1]初泰安.螺栓拧紧方法及预紧力控制[J].石化技术. 2004,11(3):42.

[2]郑劲松.发动机缸盖螺栓拧紧工艺与试验研究[D].上海:上海交通大学,2008.

[3]张小林.浅析汽车发动机装配线规划设计[J].装备制造技术,2008(12):151-152.

[4]李士涛.螺栓拧紧技术及其应用[C].豪爵摩托奖广东省汽车行业第五期学术活动论文汇编,2008:95-105.

[5]商向东.柔性装夹的现状及未来展望[J].沈阳工业大学学报,1992,14(3):9-14.

[6]孙立琴等.汽车发动机和变速箱自动化装配技术[J].工艺与装备,2009(3):59-62.

[7]朱海霞.柔性、精益、零缺陷—第四届汽车发动机现代制造技术国际研讨会纪实(上)[J].汽车与配件-技术与市场,2008(9):32-35.

[8]董欣胜,张传思,李新.装配机器人的现状与发展趋势[J].组合机床与自动化加工技术,2007(8):1-4.

家庭女教师拧紧了螺丝 篇2

关键词 亨利·詹姆斯；螺丝在拧紧；双关

新任的家庭女教师在这个庄园里与孩子生活了一段时间后，便发现了一些不寻常的秘密，但被告知不能打扰自己的主顾而只能自己解决所面临的一切问题，最后螺丝拧紧到极限，故事接近到尾声，结局以迈尔斯的死亡告终。两位天真可爱的孩子的叔叔，布莱的主人，这位富有吸引力的单身男士在螺丝在拧紧的这个过程中被解读为螺丝帽；迈尔斯则是螺丝钉；无名家庭女教师便是拧紧螺丝的这位显露的神秘人物。

一、螺丝帽：布莱的主人——单身绅士

在机械原理中，螺丝钉与螺丝帽是通过它们之间都有的螺旋线相联接的。通过螺旋，把螺丝帽的螺旋运动变成沿螺丝钉轴线的直线运动。通过拧紧和放松螺丝帽来达到对联接件的紧固和拆除。无论是螺丝钉还是螺丝帽，在常人眼里它们都是微不足道的机械小件。同样，在《螺丝在拧紧》这部作品中，扮演螺丝帽角色的庄园主人在作品中也是以戏份不多的小人物出场，并作者并没有对他做太多的介绍与说明。螺丝帽与庄园主人的第一个共同点是“微不足道”。庄园主人就像螺丝帽一样，虽然“微不足道”，但是却不可或缺。因此，他们的第二个共同点便是“不可或缺”。庄园主人公在作品中出现的次数不多，但是他对整部作品的结局却影响巨大。如果庄园主人公这位富有的绅士不将两位没有父母的孩子留在乡下庄园，而将他们带在自己身边给于关怀、爱护，给予无微不至的照顾，那么迈尔斯与佛罗拉都会在叔叔的保护下平安无事的成长。不会生活在家庭女教师整日整夜的监控之下。布莱主人这个“螺丝帽”给迈尔斯和佛罗拉的命运添加了灰暗的色彩。

二、螺丝钉：迈尔斯

给予迈尔斯“螺丝钉”这个名称与给于布莱主人“螺丝帽”名称理由相同——“微不足道”与“不可或缺”。螺丝钉迈尔斯的“微不足道”是他在抗拒家庭女教师严格监控时的无能为力，他的力量微不足道。螺丝钉迈尔斯“不可或缺”则是指他在整部作品中的中心地位的不可或缺，以及他最后死亡的悲剧给读者造成震撼效果的不可或缺。螺丝钉地位微不足道，力量强大不可或缺。螺丝钉迈尔斯在家庭女教师的严格监控下生活，没有一丝自己支配的自由空间，并被家庭女教师冠以“坏孩子”的头衔。迈尔斯在庄园的一切活动都处于家庭女教师严格监控之下，包括他心理的所思所想都会时不时的受到家庭女教师的盘问。然而，迈尔斯力量的微不足道只有完全的顺从家庭女教师。最后，迈尔斯猝死的结局是如此突然，来得如此绝决，然所有人不知所措，也给所有人留下了没有任何暗示的疑问，让他在读者心中永远驻留。迈尔斯在作品结局突然走了，然而他不可或缺的角色给与了读者永恒的回味与亘古不变的怀念与哀伤。

三、家庭女教师拧紧了螺丝

《螺丝在拧紧》这部作品，从“我”的故事外叙述转到道格拉斯的故事内叙述再到最后家庭女教师的亚故事叙述，层层相嵌，引人入胜。所有的叙述主要是以家庭女教师固定人物有限视角进行的。“我”与“道格拉斯”只在作品前面一小部分起导入的作用，作品绝大部分以家庭女教师的口吻叙述。迈尔斯与其叔叔庄园主人之间的信息是由无名家庭女教师传递，整部作品都没有他们两位叔侄之间的正面交谈。家庭女教师在这两个“螺丝钉”与“螺丝帽”之间作用，她想借迈尔斯难管教为借口来换取与庄园主人的会面与交流。家庭女教师所描述前任女教师杰希尔与仆人昆特的鬼魂也是为了想让庄园主人回到庄园。从最开始两位孩子喜欢新来的家庭教师慢慢的到迈尔斯与佛罗拉联手使坏让家庭女教师确信佛罗拉与迈尔斯难以管教，再到最后佛罗拉讨厌家庭女教师并拒绝与之见面以及迈尔斯想从家庭女教师的怀疑中解脱而主动提出将告知家庭女教师想知道的一切，最终螺丝拧紧到极限，迈尔斯死亡。螺丝被拧紧到极限因而无法继续拧紧，故事终结。家庭女教师对连接整部作品中的人物起了主要作用，尤其是在连接螺丝帽庄园主人公以及螺丝钉迈尔斯的时候。整部作品步步逼进的态势也是由家庭女教师引导，给读者带来意料之外的阅读效果。

四、总结

《螺丝在拧紧》这部小说是亨利·詹姆斯一部历久弥新的优秀作品，从不同的角度相异的理论指导入手，研究者会阐释解析出风采各异的文学效果。本篇文章回答了一直困扰读者的问题——谁拧紧了螺丝？家庭女教师拧紧了螺丝是一个新的阐释角度，笔者希望这篇文章能够起到抛砖引玉的作用，期待更多阐释回答谁拧紧了螺丝这一问题的优秀文章。

参考文献:

[1]董洪川，王庆.新时期我国的亨利·詹姆斯研究：回顾与反思[M].英美文学研究论丛，2008（2）：68-86.

[2]格非.小说叙事研究[M].北京：清华大学出版社，2002.

拧紧技术 篇3

1. 螺栓拧紧基本理论

1.1 夹紧力

螺纹联接通过对螺纹件施加一定的扭矩, 使被联接件受到足够的夹紧力, 来保证被联接件在空载或负载的情况下, 可靠、紧密地联接在一起。所以, 夹紧力的大小 (一般称作预紧力) 是评价螺纹联接质量好坏的主要标准。过大的预紧力可能会导致螺纹件的断裂, 或被联接件的压损;过小的预紧力则不能起到夹紧被连接件的作用, 进而导致联接失效。

在螺栓装配过程中, 预紧力的测量比较困难, 所以一般通过测量施加在螺纹件的扭矩来间接地衡量装配过程中在螺纹件中产生的预紧力。

其中:

Q0—预紧力, N

M—力矩, N·m

Kt—计算系数

d—螺栓的公称直径, mm

计算系数Kt与螺纹表面、法兰的粗糙度、润滑状况、拧紧速度、所用拧紧工具以及反复拧紧时的温度变化有关, 通常在0.1～0.3之间变化。Kt的变化将导致预紧力Q0也发生较大变化, 变化范围大约在40%左右。由计算公式可以看出, 力矩与夹紧力呈正比关系。

1.2 拧紧曲线及其基本形态

如图1, 假设螺母固定, 拧紧螺栓, 忽略摩擦力及被联接件的变形, 螺栓从开始旋入螺母, 到其下端面接触被联接连接件, 这个过程螺栓不受力, 驱动力矩为零。随着螺栓的继续旋入, 螺栓开始接触到被联接件, 并对被联接件产生夹紧力, 同时也受到来自于被联接件的反作用力, 由于忽略了被联接件的变形, 所以这个过程中的螺栓等效于一个在被逐渐拉伸的杆件。根据材料力学的知识, 可以绘出拉力与伸长量的曲线。考虑螺纹连接的特殊性, 力矩可以反映出夹紧力, 而且螺栓每旋入螺母一圈 (360°) , 螺栓端面与螺母下端面之间的距离减少一个螺距, 所以可以用螺栓旋转的角度来衡量螺栓的轴向伸长量。这样, 拉力———伸长量的曲线, 可以用力矩———转角曲线代替, 就得到了理想状况下的拧紧曲线, 如图2所示。图2中过程1是螺纹件逐渐被旋紧到被联接件的过程, 整个过程中力矩为零;a是螺纹件端面与被联接件的贴合点, 从这一点开始, 力矩随转角的增加而线性增大;过程2是螺纹件逐渐被拧紧的弹性变形过程, b是屈服点, 屈服点之后, 螺纹件发生塑性变形, 螺纹件长度显著增长, 力矩随转角增加的幅度变小, 并在到达一定位置时, 开始随转角的增加而减小, 直到c点, 螺纹件断裂。

实际生产中, 摩擦及被联接件的变形是客观存在的。在螺栓装配的起始阶段, 由于此时螺栓端面尚未接触到被联接件, 所以拧紧螺栓的转矩, 只是用来克服螺纹副之间的摩擦力。随着螺栓的不断旋入, 螺纹件逐渐与被联接件接触, 此时的驱动力矩一方面要克服螺纹副中的摩擦力, 同时还要克服来自于螺栓下端面与被联接件之间的摩擦力及对被联接件产生夹紧力。对于不同的拧紧驱动力矩中, 用于夹紧力的部分比例是不变的 (大约10%) , 所以, 实际的拧紧曲线与理论曲线的形状基本一致, 只是起始力矩不为0。

2. 拧紧曲线在螺纹联接装配中的应用

质量问题的产生原因通常有人、机、料、法、环、测等六个方面, 所以本文将从相关的主要影响因素分类阐述。

2.1 由“人”引起的拧紧质量问题

操作者在螺栓装配过程中的不正确操作, 经常会引起假力矩 (即力矩满足工艺要求, 实际的夹紧力不足) , 造成螺栓联接的失效。由于传统的判断螺纹联接质量的方法是测量设备拧紧后的力矩, 此类错误很难被发现。这时, 就需要发挥拧紧曲线的作用了。如图3所示, MA是产品力矩, 1是正常的拧紧曲线, 2与1相比, 力矩在起始阶段就迅速增高, 原因是操作者并没有将螺栓垂直的旋入工件, 螺栓相当于一个丝锥, 重新在螺纹孔攻丝, 此过程的巨大摩擦力产生了力矩达到产品要求的假象, 所以这个拧紧过程是不合格的。

如图4所示, 螺纹联接采用转角拧紧法, MS是起始力矩, 2与合格曲线1相比, 2在角度拧紧过程中出现了一段力矩随转角无明显增大的部分, 原因可能是, 操作者在转角阶段并没有使拧紧设备静止不动, 而是使设备在旋紧螺栓的方向上一起旋转, 设备驱动套筒虽然旋转了要求的角度, 但是其与螺帽之间并无相对运动, 也就没有产生要求的预紧力, 所以这个过程也是不合格的。

2.2 由“机”引起的拧紧质量问题

由拧紧设备引起的拧紧质量问题主要是由于设备的机械装置设计不当或磨损引起的。在自动拧紧设备中, 设备驱动套筒的磨损, 或设备中用于在拧紧过程中给螺纹件施加轴向力的压紧弹簧的塑性变形, 会导致拧紧过程中套筒与螺帽脱开, 如果发生在转角阶段, 将造成预紧力的不足。如图5所示, 在转角拧紧阶段, 力矩突然下降到接近于0。而设备定位尺寸如果设计不当, 会导致与图3类似的假力矩。

2.3 由“料”引起的拧紧质量问题

由螺纹件, 被联接件引起的质量问题, 一般有两种, 一种是由于零件的尺寸出现误差所引起的, 另一种是因为零件的摩擦系数出现问题所引起的。如图6所示, 曲线2与合格曲线1相比, 起始阶段虽然力矩没有出现异常, 但是, 曲线2从开始拧紧, 到螺栓端面与被联接件接触所经过的转角明显减小, 而且2的斜率明显大于1, 可能是螺栓所要拧入的螺纹孔孔深不足造成的。

如图7所示, 曲线1和2哪个合格, 需要经过具体分析, 假如螺纹件没有采取任何防松措施, 也非自攻螺钉, 那么1是正常的, 造成2旋入力矩过高的原因, 可能是螺栓的直径过大、螺母的直径过小、螺纹有损伤、螺纹中有杂质、涂层过厚等。如果说螺母采取了防松措施, 如压合防松、或螺母中有防松的塑料环等, 那么曲线2是正常的, 而1是不正常的, 可能是螺母重复使用等原因所引起的防松措施失效。

图8的拧紧曲线出现了齿状波动, 这是由于螺栓的表面涂层粗糙, 或被夹紧件的表面喷漆不合格造成的。拧紧时滑动摩擦与静摩擦交替出现, 这种拧紧问题, 一方面会严重的破坏拧紧设备, 另一方面瞬时峰值力矩虽然达到了产品力矩要求, 但螺纹副中的夹紧力并没有达到要求。

2.4 由“法”所引起的拧紧质量问题

拧紧方法一般分为弹性拧紧法与塑性拧紧法, 由于夹紧力对摩擦系数非常敏感, 摩擦系数的变化, 可能使设计为弹性拧紧的螺纹件被拧紧到塑性变形区, 设计为塑性拧紧的螺纹件未拧到塑性变形区, 这些都只有通过拧紧曲线才能发现。

另外, 如图9所示, 曲线2没有经过旋入的过程, 力矩就直接上升到产品力矩, 这可能因为设备拧紧前, 先用其它设备预紧了。但是, 显然预紧力矩太高, 不利于前面所描述的假力矩的发现。

通过前面的论述, 可以看出拧紧曲线在评价螺栓拧紧质量和分析质量问题等方面确实有着传统的拧紧质量检验方法所不具备的种种优势。但是, 拧紧曲线的采集, 需要先进的拧紧设备, 投入较高;同时对拧紧曲线的评价是需要具有多年经验的高素质人员。所以此方法各汽车制造企业可以根据不同的情况适时采用。

拧紧技术 篇4

摘 要：发动机含有各类零件，借助螺栓衔接了零件。手动拧紧螺栓时，选取不同型号用具也将带来拧紧程度的较大差别，因而影响到装配零件的质量。调控拧紧的效果，在最大范围内确保装配得到优质的车型。制作轿车配备的发动机时尤其注重调控拧紧效果，以此来确保零件是合格的。对于此，针对于发动机构件解析了拧紧效果，归纳了检测常见的各类难题并且予以解决。

关键词：发动机零件；拧紧效果；检测；常见问题

为确保各类发动机的常态运转，在拧紧螺栓以后还要慎重核验装置的转矩数值。然而不应忽视：任何装置都很易突发故障。提升总的拧紧质量，必须测定发动机真实的拧紧效果。常见检测拧紧实效的方式分为多类，例如调控转角、调控传感器的内在偏差[1]。借助动态的测定即可识别拧紧机可达的精准度，慎重避免细微的零件偏差。

1 检测拧紧效果

拧紧发动机零件可借助拧紧机，常见现存的拧紧方式包含转角控制、对应的转矩控制。检测拧紧效果应当注重转矩，测定转矩可采纳串入传感器及复紧的方式。在两类方式中，复紧法的检测选取了精度较高的转矩扳手，旋转时要沿着拧紧螺栓的方向并且增添额外的转矩。再次旋紧螺栓时，还要读出这个时点的瞬间数值，记录下来的这一数值应被看成最终数据。串入法检测采纳了传感器，在套筒及输出轴中部增设传感器的转矩。确保拧紧以后，仪表衔接于传感器则能够读出明确的转矩数值[2]。

1.1 检测选用的复紧法

静态检测可选用复紧法，这种步骤更能便于操控且提升了经济性。复紧法借助转矩扳手以此来提升拧紧精度，日常质检普遍采纳了这种途径。然而不应忽视，复紧法很易带来潜在的各种偏差，例如掌握程度不佳、感觉出现偏差、不合适的力度。相比于拧紧程度，螺栓在旋紧时也将增添瞬间的阻力，这种阻力含有动静态两类的摩擦。复紧法可选紧固件以便检测，连接零件采纳了非软性方式。要调控至20%的转矩偏差，拧紧后半小时即可测定转矩。若选取了软性连接，则要调控至5%最小的偏差。复紧法测定的转矩可用作参照，然而检测值不可被看作真正的转矩。

1.2 串入传感器法

动态检测选用了串入传感器，这种检测流程要配备套筒及拧紧轴，转矩传感器拥有优良的精度。此外，还要增设精度更高且能够匹配的转矩仪。操控串入的传感器是较繁琐的，也耗费了较高的总成本。在拧紧进程中，检测要配备串联状态的拧紧轴。这种检测只准许较小的偏差，串入传感器法可测定真正的转矩。从常规状态看，串入传感器可用作鉴定及校准拧紧轴。

2 检测中的问题

运转状态下的拧紧机常见各类偏差，常见范围内的检测难题含有：数值是否精准、拧紧机是否维持着常态运转、扳手是否准确。详细来看，测定拧紧效果常见如下问题：

2.1偏低的转矩值

在某些情形下，拧紧转矩没能超出设定的下限；但与此同时，转角却符合了预设的限度。偏低状态的拧紧转矩没能符合转角的限定，这是由于螺栓本身有着较低的屈服强度。此外，零件配备了较大的螺孔、零件直径过小等也将带来偏低的限度值。日常生产之中，转角达到限度、拧紧转矩偏低的概率是很小的。

2.2 显示了不精准的转矩值

手动检测得出的转矩值经常没能符合实情，装置显示出来的转矩数值与此并不相符。手动检测时常选复紧法，这样测定的转矩数值仅达到了30%。若借助指针扳手予以检测则会查出潜在的较多偏差，例如扳手自带的偏差、操控中的视觉偏差、定位时的零点偏差。遇到这些误差，累加的偏差都将变得更大。另外一些情形下，手工测得的转矩将会显现较小数值。若选取了复紧法，拧紧之后立即就应检测。能够及时检测，将会减低显示偏差的概率[3]。

从经验视角看，装置显示数值常常超出手动检测得出的零件转矩，这种状态可分成两类：第一类情况为，拧紧零件超出了半小时，或间隔了更长时间。在这种情形下，检测偏差将变得更大。若连接零件选取了非软性流程，那么误差将超出10%；若选软性连接，则误差可达30%；第二类情况为，零件自身就很难被拧紧。例如：验收某类瓦盖时，旋紧轴承而后立即检测，但还是显现了较低的转矩，这种偏差可归结为凸显的瓦盖偏小。

2.3 偏高的拧紧转矩

拧紧转矩已接近上限，但转角没能符合设定的指标。这种状态成因为：零件含有不够致密的螺纹、螺孔含有异物。在这时，接触面螺栓将会累积较高的摩擦阻力。平垫片可分为含有定位点的、含有弹簧的两类。当靠座被旋紧后，螺栓旋紧将会伴有更大的垫片摩擦。此外，没能依照设定的流程妥善处理螺纹，洗掉了原本完整的润滑油，也会减低拧紧效果。

3 确保优良的检测精度

拧紧发动机之中的零件应能确保连接物体彼此能够压紧，从轴向来看就是表现出预紧力。被连接为整体的两类零件要拥有这样的预紧力，但现场很难测定这种力因而很难真正予以把控。借助转矩以此来调控零件，或间接调控零件转角。在某些状态下，压紧力及拧紧转矩表现出彼此的正比关系，然而摩擦系数变得更大时，离散度也将随之增大[4]。

检测时尤其注意：压紧力及转矩数值并非总是吻合，二者是有着偏差的。受到摩擦影响，若连接体处在同等状态下那么也将显现转矩的偏差。若能确保最优的螺距精度及螺栓强度，则可保持最精准的压紧力。在这时，可参照转矩以便确定转角精度。

4 结语

针对不同形态的发动机零件，拧紧机表现出来的数值都会含有差异。检测拧紧效果针对于罩盖的摩擦、平垫片及螺栓杆、配套的螺栓头。测查拧紧效果必备动态的检测，人工拧紧有着较大的检测差异，未来探究中有必要替换成自动的测定流程。应当随时辨析拧紧零件的偏差并且纠正，这样才能规避后期更大的误差。

参考文献：

[1]冯德富.发动机零件拧紧效果检测及问题分析[J].现代零部件，2012（12）：61-63.

[2]刘全凯，曹德海.浅谈柔性发动机装配线的规划[J].科技创新导报，2013（17）：77-78.

[3]劉永泉，王德友，洪杰，等.航空发动机整机振动控制技术分析[J].航空发动机，2013（05）：1-8+13.

拧紧岛城公交安全阀 篇5

公共交通的安全管理究竟还存在哪些漏洞?公交车上的消防器材配备情况如何?公交车遇到突发事故, 应急救援预案是否完备?无论政府管理部门还是各地公交企业老总, 大家都在积极思索, 安全这根神经比往常绷得更紧了。

青岛市历来注重公共交通的发展。2008年, 作为北京奥运会的协办城市之一, 青岛更是投入10亿元巨资优化车辆与站场, 在安全工作上也做出了不少特色。

安全隐患拉网排查

成都公交车燃烧事故发生后, 青岛公交集团第二天就紧急召开了安全工作会议, 明确集团公司领导及各基层单位负责人要克服麻痹思想, 抓好安全工作。

据青岛公交集团有限公司董事长邱伟方介绍, 6月, 青岛公交集团公司专门组织工作人员对市区3500余辆公交车进行了一次细致的安全检查, 从油路系统、电路系统、转向系统着手逐个排查隐患, 及时整改, 坚决不让一辆车带“病”出行。对部分缺失安全锤的车辆迅速补配, 并按照有关规定放置在醒目位置。

“下一步, 我们准备在安全锤上张贴温馨提示语, 提示市民在乘车时不要拿走安全锤。同时, 对出站的每辆公交车我们要实行层层签字制度, 公交车只有通过技术检查人员、车队负责人以及驾驶员三方签字后才能出行。”邱伟方介绍说。

同时, 邱伟方也毫不避讳地指出, 青岛公交集团今年将有494部车到报废期限, 100余部已经超过报废期限, 公司在自查中对这些车辆进行了重点检查, 确保车辆安全行驶。今年, 在资金到位后, 还将快速更新这些车辆, 给市民一个越来越安全的乘车环境。

此外, 邱伟方表示, 在此次安全自查中, 青岛公交集团对车内监控设备, 停车场设施也进行了检查, 为了做到无隐患、无漏洞, 下一步, 集团将进一步争取资金, 增添停车场设施以及监控设备, 增加市民乘车安全系数。

铁路、水路和航空运输均有专门的公安人员随行, 但道路运输因为点多面广, 没有一支专职的负责旅客安全的公安队伍, 长期以来, 成为道路运输安全无法加固的一个软肋。

对此, 邱伟方透露说, 青岛公交集团已经在申请成立公交公安分局, 在始发站设立派出所, 让派出所人员上车执法。

“公交作为公共服务行业, 需要多方力量协同维护安全, 我们将进一步依托公安等部门做好公交场站以及车辆的安全保障工作, 让广大乘客乘坐放心公交车。”邱伟方认为, 只有依托公安力量, 才可以对一些违法、违规行为起到震慑作用。

培训教育常抓不懈

近期, 青岛公交集团还在吸取外省市相关经验教训, 加强对司乘人员的安全教育培训, 以提高相关人员处置突发事件的能力。同时, 邀请消防局工作人员对司乘开展了安全器材操作培训和逃生演练, 增强了司乘人员处置突发事件的能力。

其实, 在此之前, 青岛公交集团就已经制定了一套完备的司乘人员学习培训及安全活动办法, 明确要求各单位每年1月前制定安全学习培训工作计划, 并报集团营运安全管理部, 各单位每月组织一次安全管理人员的业务学习, 全年累计学习时间不少于70小时。各基层单位必须保证每周一次的安全学习, 全年累计学习时间不少于80小时。

安全学习的内容包括国家、省、市、局及上级主管部门关于安全生产工作的一系列方针、政策和法律法规, 集团公司的安全生产管理规章制度, 岗位安全操作规程及技术规范, 冬季“四防” (防冻、防滑、防火、防寒) 及夏季“四防” (防雷电、防倒塌、防中暑、防台风) 等安防知识。

“我们集团有个驾校, 集团公司招收的驾驶员首先需要送到学校培训, 合格后再送到用人单位, 接受用人单位的考核, 最终通过考核的才能留下来。我们对驾驶员有着严格的选拔录用、考核及培训制度, 近年来, 我们公司的事故率平均每年下降60%～70%。”邱伟方欣慰地说。

青岛公交集团对司乘人员的安全培训教育分为岗前安全教育和岗上安全教育。岗前安全教育即新职工上岗前要进行安全法规、安全生产知识和操作规程的教育和培训, 经考试合格后持证上岗。岗上安全教育即职工在工作期间所进行的安全生产知识, 安全工作法律法规及岗位操作规程的教育, 经考试合格后方准继续上岗。

管理责任层级落实

“安全是最大的效益, 先安全后生产, 不安全不生产, 安全工作是企业管理中一个非常重要的组成部分。我们公交企业的生产工具就是车辆, 青岛公交集团有3500辆车, 每天运送180万左右乘客, 难免发生一些交通事故或服务纠纷, 因此, 安全已经成为集团的头等大事。”邱伟方语重心长地说。

邱伟方介绍, 为了让公司的安全工作落到实处, 青岛公交集团成立了一个安全生产委员会, 董事长任主任, 相关副总经理任安委会副主任, 相关部门负责人任安委会成员。安委会的办事机构为安委会办公室, 设在集团营运安全管理部。

“这个委员会把安全作为日常工作来抓, 分集团公司、各分公司、车队三级进行管理。集团每年和市政府签安全生产责任书, 各单位根据集团下达的安全生产管理目标, 层层分解, 逐级落实, 纵向到底, 横向到边, 使安全生产管理责任落实到每一个单位、每一个岗位、每一个人员, 保证了集团安全生产管理目标的实现。”邱伟方详细介绍道。

现今, 青岛公交集团每月6日雷打不动地召开安全生产会, 并且将每月16日定为安全宣传日, 重点对全体员工进行安全知识宣传。各分公司也按要求紧抓安全生产, 并深入开展隐患排查, 如通过GPS智能调度系统重点治理超速行驶等违章现象, 严肃处理不按规定车道行驶、争道抢行、闯灯、不规范进出站、驾车接打手机、驾车吸烟等违规行为。

而如果发生交通事故或服务纠纷, 青岛公交集团随时召开紧急会议, 并按集团安全生产险情及事故紧急报告暂行办法中的规定及时处理, 按事故的类别, 就近调派救援力量。同时, 为了增强司乘人员在事故发生后的自救能力, 集团还经常邀请消防人员及医护人员对他们进行讲解、培训。

“我们采取过一些强硬措施来规范驾驶员的行为, 防止意外事故的发生。比如, 禁止驾驶员在行车过程中鸣号, 限定公交车行驶速度, 提醒驾驶员夜间开灯行车, 让驾驶员在脑海中形成车让人的理念等。”邱伟方说。

2008年奥运会期间, 青岛公交集团为了加强安全管理, 让有关的安全管理人员上车检查, 跟车督察。奥运会之后, 这种做法延续了下来。

“每逢节假日, 或遇到重大活动在青岛举办, 我们150多个安全管理人员一定要上车监督驾驶员的行车规范, 同时, 还要查看车上是否存在易燃、易爆物品, 发现问题立即采取措施, 争取将不安全因素全部消灭掉。”邱伟方细说道。

解决电动拧紧机过热的方案 篇6

为了解决上述问题,我们拟定以下2种改进方案。

一是为拧紧轴配备一套水冷或油冷的冷却系统,从源头上解决散热问题。

二是定做能够同时拧紧3条螺栓的3轴式电动拧紧机。以装配SD16型推土机的履带驱动轮为例,该履带驱动轮沿圆周均布27条螺栓,采用单轴电动拧紧机时,每装配1个履带驱动轮,需进行27次拧紧作业;若改用3轴式电动拧紧机,仅需拧紧9次即可完成1个履带驱动轮螺栓的拧紧作业。

浅析可调桨桨叶螺栓拧紧力矩 篇7

固定桨的“正倒车”要靠齿轮箱“换向”来完成, 船速也只能通过牺牲主机的燃油经济性做有限的调节。换成可调桨后就可以在发动机转速不变的情况下, 用调整螺旋桨桨叶的角度来方便调节船速和实现倒车。由于可调桨桨叶大型化, 不仅对桨叶本身的强度, 而且对固定桨叶的螺栓 (即桨叶螺栓) 强度和预紧力的要求都要提高。

二、桨叶螺栓的强度

螺栓的强度是按材料的疲劳强度及刚度的不同而变化的, 桨叶螺栓暴露在海水中, 需采用不锈钢、铜合金等高度防腐材料, 我公司生产的可调桨中桨叶螺栓采用不锈钢材料X4Cr Ni Mo16-5-1, 屈服强度达到750MPa以上。

采用全尺寸可调桨模型试验得出:桨叶螺栓受水动力对叶片法兰部产生的弯曲力矩和叶片本身的离心力产生拉力的合力。而各个螺栓上的附加应力的大小也不相同, 由图1可知, 作用在螺栓上力的方向在桨叶压力面侧和吸力面侧是相反的, 而两者靠近导边前缘处的螺栓受力最大。

三、桨叶螺栓拧紧力矩确定

螺栓拧紧的方法有:扭矩拧紧法、旋转角度拧紧法、液压拉伸预紧法等。其中扭矩拧紧法操作简单、直观, 是最常用的螺栓拧紧方法。

3.1影响拧紧力矩设定的因素

设计桨叶螺栓的拧紧力矩时, 须考虑以下三点:

(1) 螺栓强度, 不允许发生因拧紧力矩过大导致螺栓的屈服破坏而丧失联接体的机能。

(2) 桨叶法兰盘的强度, 桨叶的材料是铜合金, 不能因为过大的拧紧力矩导致桨叶法兰盘变形, 从而使可调桨调距功能失效。

(3) 确保不因拧紧力矩过小而导致桨毂漏油。

设计桨叶螺栓的拧紧力矩时, 还须考虑拧桨叶螺栓时遇到的摩擦阻力的情况。拧紧力矩T与它所引起的螺栓轴向力F0间的关系, 由拧紧力矩系数K确定, K值主要取决于两个摩擦副的摩擦系数fv (螺纹当量摩擦系数) 、fc (螺栓头端面与被联接件支承面间的摩擦系数) , 而对标准螺栓来说, 螺纹尺寸大小对K值的影响是很小的。螺纹的拧紧力矩系数K一般在0.1-0.3范围内变动。

3.2桨叶螺栓拧紧力矩基本公式

(1) 许用应力[R]

式中:[R]单位N/mm2;Re H为上屈服强度, N/mm2;n为安全折算系数, 见表1

(2) 预紧应力R

式中:R单位N/mm2;Ky为预紧应力系数。预紧力的大小需根据螺栓组受力的大小和连接的工作要求决定, 一般规定拧紧后的螺纹联接件预紧应力不得大于其材料屈服点σs的80%。对于一般连接用钢制螺栓, 推荐的预紧力F’计算如下:

式中:σs――螺栓材料的屈服点, MPa;As――螺栓公称应力截面积, mm2;桨叶螺栓采用不锈钢材料, 屈服强度高, 桨叶材料又是采用质地较软的Cu3铜材料, 因此我们采用桨叶螺栓的预紧应力系数Ky=0.3208, 经船厂实际验证该系数符合使用要求。

(3) 预紧力F

式中:F单位N;As为螺纹小径截面积, mm2。

(4) 预紧力矩T

式中:T单位N·m;K为拧紧力矩系数, 一般取K=0.2;d为螺纹公称直径, mm。

3.3船厂拧桨叶螺栓的实际操作

桨叶安装的要求不仅是牢固可靠, 而且要确保桨叶和桨叶座之间无任何泄漏。因此, 安装桨叶螺栓时, 必须使用手动拧紧工具施加预紧力矩。起初用手将螺栓拧入螺纹孔, 一直用手拧到底, 绝对不允许一开始就用扳手拧螺栓。桨叶螺栓的螺纹表面及螺孔螺纹表面, 喷涂一层二硫化钼润滑剂防止螺纹咬死。对于每一个桨叶螺栓的紧固, 至少分三次完成要求的拧紧力矩, 例如:要到达的拧紧力矩为1500Nm, 就分600Nm、1100Nm、1500Nm三次拧到位, 要交叉逐次拧紧所有螺栓。

参考文献

[1]刘关根, 山本文雄.调距桨桨叶固定螺栓的强度研究[J].机电设备, 1977 (06) .

多轴电动拧紧机控制系统 篇8

关键词：扭矩,单片机,A/D转换,同步,轴控

1 引言

在汽车制造厂的装配车间, 对安全件来说, 装配时拧紧力矩的准确性、快速性及稳定性指标非常重要。另外, 在多车型共线生产的情况下, 拧紧系统要能在上层系统的指令下自动切换目标扭矩参数, 以在保障品质的同时提高生产效率。多轴电动拧紧控制系统就具备上述优点, 为此越来越多的汽车零部件及整车制造厂引入了该装置。早期国内的多轴电动拧紧机基本被外资品牌垄断, 现在国产的多轴电动拧紧机正在快速发展, 但控制技术参差不齐。在生产现场有“欠拧紧”及“过拧紧”现象, 有上位机显示的扭矩曲线不能很好地反映力矩变化现象。针对这些现象, 本文对国产多轴电动拧紧机系统进行深入分析, 以电动四轴拧紧机为例, 提出了解决这些问题的方案。

2 多轴电动拧紧机基本构成及原理

电动拧紧机机电系统主要由三大部分组成, 分别是上位机监控部分、现场电气控制部分及拧紧头执行终端部分。现场电气控制部分由协调控制系统、轴控单元及伺服驱动控制部分组成。电动拧紧机机电系统原理图如图1所示。协调控制系统通常有两种设计方案, 一种是基于单片机, 一种是基于PLC (可编程逻辑控制器) 。拧紧头包含:电动机、减速器、扭矩传感器[1] (电阻应变式) 等。电动机为三相交流伺服电动机, 包含有转角传感器。

计算机系统主要功能有用户管理、设备运行状态监控、工艺参数设置、工艺参数实时显示、扭矩曲线实时显示及扭矩统计分析等, 其数据来源是轴控系统及人机交互系统。

协调控制系统的主要功能是协调各个轴的同步动作;控制各个轴几乎同时到达设定的准目标扭矩值及目标扭矩值;检测机械及电气系统运行状态, 如过流、过载、现场指示或报警设备的一些运行状态, 如轴输出扭矩是否达到目标值、是否合格等, 并藉此自动执行多轴同步拧紧程序;接收现场操作按钮信号, 如对拧紧机系统进行如本体升降、启停单轴的控制。

轴控单元主要作用是二次放大、采样及模数转换来自拧紧头上的扭矩传感器信号;采集伺服驱动器分频处理的角度脉冲信号;向伺服驱动器输出速度指令信号及其它开关信号;向协调控制系统输出同步请求信号及运行状态信号;接收协调控制系统的启动、停止及继续等控制信号;经RS232串口实时上传扭矩及角度数据给上位机系统。

拧紧头的交流伺服电机主要功能是把由驱动器输入的电能转换成旋转的机械能;拧紧头的减速器用以降低终端转速, 提高扭矩;扭矩传感器用以检测拧紧过程中的扭矩;旋转扭矩由驱动杆传递输出。

3 轴控单元

每个拧紧头配置一套轴控单元, 核心是由AVR[2]系列单片机组成轴控制系统, 该系统主要由开关量输入/输出模块、扭矩信号调理AD转换模块、拧紧角度输入、转速数模转换等模块构成。轴控单元电气原理图如图2所示。

国产轴控系统多采用MCS51系列单片机, 工作频率12MHz时, 执行指令速度不超过1MIPS, 这对扭矩的实时检测控制带来不利的影响, 如“欠拧紧”及“过拧紧”等。对于电动多轴拧紧机系统说, 需要进行核心设计的主要是轴控单元, 而轴控单元的经济性及实用性又取决于轴控CPU的选型及配套电路。本拧紧机轴控单元CPU采用基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位控制器ATmega16。该控制器有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash, 512字节EEPROM, 1K字节SRAM。ATmega16的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz, 可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。AD转换采用高速低功耗的AD7862芯片。该芯片是AD公司推出的12位A/D转换芯片, 最高采样率达250kHz。

轴控单元面板上有薄膜输入按钮, 可以现场设定准目标扭矩、目标扭矩及角度等工艺参数, 这些参数存储在EEPROM;有“8”字码LED显示, 实时显示当前扭矩和角度;有LED灯组, 用于该轴控单元的电源、正转、反转、上超差、下超差、扭矩合格及不合格等指示。

4 关键软件设计

4.1 扭矩同步控制

为了避免“欠拧紧”及“过拧紧”, 需对扭矩信号进行合适的硬件滤波及软件滤波;需对扭矩速度指令的输出进行合适的算法设计。“欠拧紧”一般是由于控制系统采样到扭矩尖峰信号 (最大峰值宽度不超过200ms时) , 滤波及扭矩控制程序处理不当, 系统误判输出扭矩已达到设定目标值。“过拧紧”一般是由于系统配置不合适及程序算法设计不合理, 导致实际输出扭矩快接近目标值或已到达目标值时, 轴控系统来不及回调或停止速度指令输出, 导致实际拧紧力矩超过了允许的目标扭矩上限。

为此, 本系统对硬件配置及软件进行了优化设计, 特别是软件算法设计。所有轴控单元的目标扭转值的实现采用分段控制算法, 最后一段采用模糊离散PID控制算法, 最终控制精度达±10N·m。以某重卡后桥骑马螺栓的目标拧紧力矩800N·m为例, 轴控单元设置了4个准目标扭矩值, 分别是40N·m、80N·m、300N·m、650N·m。同步拧紧程序启动后, 当某轴到达40N·m时, 就暂停扭矩输出并立即给协调控制系统一个500ms的脉冲信号, 当所有轴都执行了相同的动作后, 协调控制系统就通知所有轴准备实现下一个准目标值80N·m, 依次类推, 最终实现四轴同步拧紧。关于离散PID控制, 许多资料有所叙述, 本文不再赘述。

4.2 扭矩曲线显示

为了克服上位机扭矩曲线显示不能有效反映扭矩变化的问题, 扭矩曲线图的显示采用横坐标时间不均匀分段措施。本系统起始段20～100N·m的低扭矩曲线所处的时间比较长, 大概20s;第二段扭矩100～600N·m大概10s;而第三段扭矩600～800N·m不到5s。这三段拧紧扭矩虽然时间不等, 但设计上位机软件时, 对不同段的曲线数据进行了实时简化, 基本实现各段的曲线横坐标长度相同。对低扭矩曲线数据, 图形绘制程序一开始对于大于10Nm的数据全显示;但当10个数据点之后, 若数据在±10Nm范围内变化则图形显示保持不变, 若超过该变化范围则显示相应数据点;然后以更新的数据点为基准, 再检查后续采集的拧紧数据是否超±10Nm, 若超范围则更新曲线, 若没有超范围则曲线显示不变;以此类推, 直到采集的拧紧扭矩超过100Nm, 然后进入全显示阶段。

4.3 数据通信

上位机软件开发运行环境是Windows XP操作系统, 开发工具是VC++6.0[3], 用多线程多串口通信技术[4]进行数据采集。通信内容主要是扭矩数据及系统运行状态, 轴控单元与上位机之间串口通信采用数据包的形式发送接收数据。数据包有四种类型: (1) 实时扭矩数据包; (2) 实时角度扭矩数据包; (3) 轴控运行状态数据包; (4) 上位机发出的命令数据包, 各种数据包基本格式一样。

电动拧紧系统上电后, 上位机向相关轴控单元发送命令。该数据包格式为:第1字节“@”为数据包起始标识符, 第2字节为命令代码, 第3字节开始为命令内容, 第9字节为异或校验码, 最后一个为命令包结束标识符“*”。

轴控单元发送的数据包格式:第1字节“@”表示数据包的有效开始, 第2字节是数据包的类型代码, 后面紧跟10个采样点 (20字节) 的十六进制数据, 第23字节为异或校验码, 第24个字节是数据包结束标识符“*”。不同的拧紧阶段, 轴控单元发送不同的数据包给上位机, 上位机根据不同的数据包类型代码进行数据包的解析。解析出来的数据以曲线或设备状态的形式体现出来。

5 结论

通过对多轴电动拧紧机工作原理的分析研究, 提出了性价比更高的AVR轴控单元设计方案, 极大地避免了生产过程中可能出现的欠拧紧或过拧紧现象。该多轴电动拧紧机控制系统的设计除了轴控单元外, 其它均为可外购的标准部件, 大大缩短了拧紧机的研发周期, 降低了电动拧紧机装备的设计制造成本。

参考文献

[1]康维新.传感器与检测技术[M].北京:中国轻工业出版社, 2009:16-26.

[2]周立功, 等.单片机与CPLD综合应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2003:10-40.

[3]李现勇.Visual C++串口通信技术与工程实践[M].北京:人民邮电版社, 2002:152-160.

缸盖螺栓转角法拧紧工艺的设计 篇9

我们介绍一种快速高效的缸盖螺栓拧紧工艺的设计, 首先计算确定需要多大的螺栓轴向力, 根据计算结果选择缸盖螺栓的尺寸大小和机械性能等级, 然后进行转角法拧紧工艺的计算。根据计算结果进行轴向力试验, 验证理论计算是否满足紧固要求。

1 缸盖螺栓规格的计算

1.1 轴向力的计算

某发动机的参数见表。1

根据以上发动机参数, 计算所需缸盖螺栓的轴向力。计算过程如下:

缸盖螺栓的安全系数为:

式中, Cf为安全系数, 设计要求Cf=2;n为单缸有效螺栓个数, n=2.5;Pmax为爆发压力, Pmax=16 MPa;d为气缸垫缸口处有效直径, d=85 mm。

因此, 缸盖螺栓的轴向力为:

即缸盖螺栓的最小轴向力大于72.6 k N。

1.2 缸盖螺栓规格的计算

选择几种轴向力相近的螺栓规格, 分别计算预紧力。

缸盖螺栓预紧力计算公式如下:

式中, σT 0σ/T为扭转与拉伸应力比。

式中, d2为螺纹中径, d1为螺纹底径, P为螺距, μ为螺纹间摩擦系数, σ0.2为最小屈服强度, A为螺栓最小横截面积。

根据以上计算公式, 计算以下几种规格的螺栓轴向力, 结果见表。2

从表2计算结果可知, M12×1.25 10.9级的螺栓的轴向力略大于72.6 k N, 为了增加安全使用系数, 选择M12×1.25 11.9级的螺栓轴, 其轴向力为81.5 k N。

根据实际连接需要, 螺栓的设计尺寸见图。1

2 缸盖螺栓拧紧工艺的计算

本文缸盖螺栓的拧紧工艺采用的是转角法, 转角法控制的是螺栓头部和螺纹间的相对角度, 不受各部分摩擦系数的影响, 可以把轴向力散差控制得较小。使用转角法要确定初始扭矩和旋转角度。

初始拧紧力矩计算公式如下:

式中, FS为初始力矩下的预紧力, D为螺纹名义直径。

式中, Z为预紧系数, Z=0.2;S0.2为螺栓屈服强度, S0.2=1 020 N/mm2;AS为螺栓公称应力横截面积。

式中, d2为螺纹中径, d2=11.188 mm;d3为螺纹小径, d3=10.467 mm。

计算结果为:AS=92 mm2

F=18 768 NS

T=0.2×Z×S×A×D=0.2S0.2×0.2×1020×92×0.012=45 N·m

旋转角度计算公式如下:

螺栓旋转角度最终目的是为了获得螺栓预紧力。初始力矩T确定后, 可以计算得到螺栓在初始力矩T下的预紧力FA, 螺栓最大预紧力F0.2与初始力矩T下的预紧力差值 (F0.2-FA) 就是螺栓旋转后需要达到的预紧力。

螺栓旋转一定角度达到的预紧力与螺栓的弹性模量fb、螺栓牙距P有比例关系。弹性模量fb表示是螺栓在弹性区域内单位预紧力下的伸长量, 弹性模量和预紧力 (F0.2-FA) 的乘积表示是在该预紧力下的螺栓伸长量, 螺栓的螺距是螺栓旋转一周360°的导程 (进给量) , 螺栓伸长量与螺距P的比值表示该伸长量下螺栓需要旋转的角度。C是常量, 是上述参数预紧力 (F0.2-FA) 、弹性模量和螺距的比例系数, 是衡量紧固件的塑性和弹性变形的常量。一般情况下C的范围是1.5~3, 螺栓的刚性较强, C值越大, 但是C不能大于3, 刚性较弱, C值较小, 但是C不能小于1.5。

式中, C为衡量紧固件的塑性和弹性变形的常量, C=3;P为牙距, P=1.5;F0.2为螺栓拧紧后的最大预紧力。

式中, K为常量, K=0.9;FA为初始拧紧力矩下的最小预紧力, FA=75%FS;fb为螺栓的弹性伸长量。

式中, An为螺栓光杆部分的截面积;AS为螺栓公称应力截面积;Ln为螺栓光杆部分长度, Ln=122mm;Ls为连接长度上有螺纹部分的长度, Ls=24 mm;E为螺栓弹性模量。

计算结果为:fb=7.66×10-6mm/N

考虑可操作性, 定义转角法的初始力矩为50N·m, 旋转角度为360°。

3 试验验证

3.1 试验设备

试验由“多功能螺纹紧固件模拟装配分析系统——机械臂、卧式台架组成, 并配有超声波测量仪, 见图2, 可以用于测量实际连接件上测量螺纹紧固件的扭矩、轴向力、伸长量和转角。

3.2 试验过程及结果

试验共需要1套缸体、缸盖、缸垫以及2套缸盖螺栓 (每套10根) 。试验首先按照预定的拧紧工艺拧紧, 直至缸盖螺栓拧断。试验过程中监控扭矩、轴向力、拧紧角度等性能参数。试验现场装配见图。3

按照50 N·m+360°工艺拧紧, 直至缸盖螺栓拧断。结果如下:

图4是扭矩、轴向力和角度的关系, 根据GB/T3908.1《紧固件机械性能》, 画出一条平行于弹性线, 距离等于0.004 8 d的斜线, 与拉伸曲线的交点即为屈服点, 见图4圆圈处, 达到屈服点的轴向力为85 k N左右, 与计算值81 k N基本吻合。

从上述试验可以知道, 螺栓拧到360°后螺栓过屈服, 轴向力为90 k N左右, 50 N·m+360°的拧紧工艺满足螺栓紧固性能的要求。

4 结论

a.由于螺栓拧到屈服点时, 轴向力为85 k N左右, 与计算的81 k N基本吻合。

b.试验测试的拧紧工艺50 N·m+360°, 轴向力为90 k N左右, 缸盖螺栓应该拧过屈服点进入屈服区域, 满足使用要求, 因此实际拧紧工艺确定为理论计算的结果为50 N·m+360°。

c.采用先计算后验证的开发方法比直接试验少了测试过程, 减少了样本数量, 使试验更加简洁高效, 节约时间, 节约成本。

参考文献

[1]徐灏.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社, 1988.

[2]陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社, 2001, 54-60.